邵 云

(中鐵十七局集團(tuán)第四工程有限公司，重慶 404100)

1 概述

基于目前京滬高鐵建設(shè)后張法預(yù)應(yīng)力箱梁施工工藝中，箱梁鋼筋綁扎、鋼筋定位檢查及管控的自動(dòng)化程度不高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)能替代鋼筋定位綁扎中人工測(cè)量檢查鋼筋定位情況的自動(dòng)檢測(cè)裝置。以提高檢查鋼筋定位效率，提高檢測(cè)鋼筋定位精度。提高箱梁鋼筋綁扎質(zhì)量，預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量，最終保證箱梁質(zhì)量。

目前京滬高鐵在建，箱梁鋼筋綁扎生產(chǎn)線上都使用鋼筋綁扎胎具來(lái)定位鋼筋。鋼筋的定位是否準(zhǔn)確關(guān)系到整個(gè)箱梁生產(chǎn)中底腹頂板鋼筋綁扎后的箱梁整體受力以及預(yù)應(yīng)力液壓張拉施工的質(zhì)量。如果鋼筋胎具沒(méi)有把底腹頂板及保護(hù)層各鋼筋定位準(zhǔn)確，鋼筋綁扎時(shí)就會(huì)出現(xiàn)偏差。同時(shí)預(yù)應(yīng)力定位網(wǎng)的定位不準(zhǔn)確，預(yù)應(yīng)力孔道定位網(wǎng)片的安裝位置出現(xiàn)偏差，現(xiàn)有的檢查方式僅僅是工程師到鋼筋綁扎現(xiàn)場(chǎng)使用量具目視檢測(cè)，鋼筋繁多，很多位置隱蔽深入，無(wú)法測(cè)量。導(dǎo)致不能全面完整的檢查，而且人工檢測(cè)存在不精確，工作量大，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題點(diǎn)的情況。在不能很好的發(fā)現(xiàn)和及時(shí)解決問(wèn)題的情況下，將此類鋼筋投入下一道澆筑工序中，以至于混凝土澆筑后的箱梁在整體受力以及預(yù)應(yīng)力張拉方面存在質(zhì)量問(wèn)題，由此可見(jiàn)鋼筋胎具定位檢測(cè)鋼筋綁扎情況的重要性。

現(xiàn)有的定位方式采用鋼筋胎具結(jié)構(gòu)定位，就是在鋼筋胎具每處需要綁扎鋼筋處把接觸部分處理成凹槽或用角鋼來(lái)定位鋼筋位置，預(yù)應(yīng)力定位網(wǎng)片的定位僅僅靠人工測(cè)量焊接安裝，而這樣定位安裝勢(shì)必會(huì)帶來(lái)鋼筋的位移形變。導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力孔道位置位移。人工安裝的工作量大，容易導(dǎo)致工人在綁扎時(shí)不易察覺(jué)，質(zhì)檢工程師檢查時(shí)工作量也相當(dāng)大，因此不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理此類問(wèn)題，所以有必要在鋼筋安裝在胎具上時(shí)設(shè)計(jì)一種能檢測(cè)出鋼筋安裝定位是否到位、是否彎折、尺寸是否到位的檢測(cè)裝置，并準(zhǔn)確顯示出鋼筋安裝不準(zhǔn)處的位置，提示工人立即修正。保證后張法預(yù)應(yīng)力箱梁按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)以及規(guī)范要求達(dá)到其應(yīng)有的受力效果。

2 設(shè)計(jì)要求

鋼筋綁扎安裝工藝依據(jù):

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》。

《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》。

2.1 操作程序

1)梁體。

碰焊→下料→成型、制作定位網(wǎng)→擺放腹板定位網(wǎng)及箍筋→固定襯鐵→在胎模上定位底板箍筋→綁扎縱向水平筋→綁扎端部鋼筋→綁扎橫隔墻鋼筋→綁扎加強(qiáng)筋→掛墊塊→修整→綁扎腹板頂板兩根水平筋。

2)橋面。

碰焊→下料→成型→焊襯鐵→在胎模上定位底層鋼筋→固定襯鐵→擺放頂層鋼筋→穿扎縱向水平筋→綁扎擋碴墻及豎墻鋼筋→掛墊塊→安裝吊點(diǎn)加強(qiáng)網(wǎng)片→吊裝就位→綁扎加強(qiáng)筋→修整。

2.2 鋼筋的加工及綁扎質(zhì)量要求

1)受力鋼筋順長(zhǎng)度方向，當(dāng)L＞5 000 mm時(shí)容許誤差為±20 mm，當(dāng)L≤5 000 mm時(shí)容許誤差為±10 mm。

2)彎起鋼筋的位置容許誤差±20 mm。

3)橋面主筋間距與設(shè)計(jì)位置偏差要求不大于15 mm。

4)箍筋間距偏差不大于15 mm。

5)腹板箍筋的不垂直度(偏離垂直位置)不大于15 mm。

6)鋼筋保護(hù)層與設(shè)計(jì)位置偏差值不大于5 mm。

7)其他鋼筋偏移不大于20 mm。

8)定位網(wǎng)在任何方向的偏差在距跨中4 m范圍內(nèi)不得大于4 mm，其余間位不得大于6 mm。

由以上鋼筋的加工及綁扎質(zhì)量要求看出鋼筋定位安裝中第6)，8)兩項(xiàng)質(zhì)量要求精度較高。

根據(jù)以上情況自主設(shè)計(jì)一個(gè)鋼筋保護(hù)層及預(yù)應(yīng)力定位網(wǎng)鋼筋定位自動(dòng)檢測(cè)裝置。定位檢測(cè)裝置必須在復(fù)雜的施工環(huán)境下準(zhǔn)確檢測(cè)出位置所在處，并報(bào)警提示工人。同時(shí)該裝置必須具有簡(jiǎn)易輕便，安裝方便，維護(hù)簡(jiǎn)單快捷，檢測(cè)精確等特點(diǎn)。準(zhǔn)確判斷出問(wèn)題鋼筋所在的位置。替代人工測(cè)量目視檢查的繁瑣工作量和所帶來(lái)的誤差。

3 鋼筋保護(hù)層及預(yù)應(yīng)力定位網(wǎng)的鋼筋定位方法

為了減少或消除因箱梁鋼筋保護(hù)層及預(yù)應(yīng)力定位網(wǎng)鋼筋形變和安裝不到位而引起箱梁質(zhì)量問(wèn)題，從以下幾方面分析。

3.1 電路元件

本技術(shù)是采用如下方案實(shí)現(xiàn)的:

1)傳感器。

根據(jù)接近開關(guān)具有不直接接觸鋼筋而進(jìn)行位置檢測(cè)的屬性，且靈敏度高，頻率響應(yīng)快，重復(fù)定位精度高，瞬變過(guò)程短，輸出功率大，急電特性好，工作穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)一控制電路。用于檢測(cè)受力鋼筋及預(yù)應(yīng)力定位鋼筋的形變和安裝不到位，發(fā)出聲光報(bào)警，指導(dǎo)工人檢查報(bào)警點(diǎn)，找出報(bào)警原因，修正存在的質(zhì)量問(wèn)題。接近開關(guān)是一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器。它既有行程開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)的特性，同時(shí)又具有傳感性能。此設(shè)計(jì)選用三線制PNP常開接近開關(guān)，三線制傳感器，負(fù)載接在電源地和信號(hào)線之間。具體內(nèi)外部電路見(jiàn)圖1，圖2，在鋼筋定位檢測(cè)裝置完整電路圖中標(biāo)為SQ1～SQn(見(jiàn)圖3)。

圖1 傳感器內(nèi)部電路圖

圖2 傳感器外部電路圖

傳感器接近開關(guān)基本參數(shù):

a.電源電壓:DC12 V。

b.檢測(cè)距離根據(jù)工藝要求自選:4 mm，5 mm。

c.輸出電流:200 mA。

d.輸出模式:PNP常開。

2)三極管。

電流控制元件，利用基區(qū)窄小的特殊結(jié)構(gòu)，通過(guò)載流子的擴(kuò)散和復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了基極電流對(duì)集電極電流的控制，使三極管有更強(qiáng)的控制能力。三極管具有對(duì)電流信號(hào)的放大作用和開關(guān)控制作用。所以三極管可以用來(lái)放大信號(hào)和控制電流的通斷。在電源、信號(hào)處理等地方都可以看到三極管，集成電路也是由許多三極管按照一定的電路形式連接起來(lái)，具有某些用途的元件。三極管是最重要的電流放大元件。這里采用三極管來(lái)控制聲報(bào)警元件工作。這里設(shè)計(jì)中用三極管的控制電流的通斷以及電流放大的特性來(lái)達(dá)到該檢測(cè)裝置的聲報(bào)警功能。采用型號(hào)9013三極管。鋼筋定位檢測(cè)裝置主電路中標(biāo)為T9013(見(jiàn)圖3)。

三極管基本參數(shù)見(jiàn)表1。

圖3 鋼筋定位自動(dòng)檢測(cè)主電路圖

表1 三極管基本參數(shù)表

3)顯示元件。

發(fā)光二極管(LED)是一種由磷化鎵(GaP)等半導(dǎo)體材料制成的、能直接將電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通過(guò)時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。利用這一特性，選用它作為顯示各檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)情況，導(dǎo)通發(fā)光即為該檢測(cè)點(diǎn)鋼筋定位準(zhǔn)確。鋼筋定位檢測(cè)裝置完整電路圖中標(biāo)為D1～Dn，作為多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)顯示燈。

4)其余電路元件。

a.電源:根據(jù)情況可采用固定式安裝或者便攜式使用。手持式比較輕便，選用一只12 V電瓶作為電路電源。若固定安裝，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況外接電源控制柜，通過(guò)鎮(zhèn)流降壓變AC220為DC12，變壓器加鎮(zhèn)流橋堆即可。

b.電路中設(shè)一兩檔轉(zhuǎn)換開關(guān)SB，用來(lái)開關(guān)總電源，便于檢修或平時(shí)長(zhǎng)時(shí)間不使用切斷電源，減小電池?fù)p耗及避免電器元件加速老化和性能變化。

c.HL綠色指示燈，用于提示電路已投入工作，所有檢測(cè)正常。

d.RD線路保險(xiǎn)，避免短路引發(fā)電路中電源和各電子元件的損壞。

e.HA聲光報(bào)警器，用于警示鋼筋定位安裝不到位或漏裝。

f.KD音量調(diào)節(jié)器，通過(guò)改變阻值來(lái)改變HA兩端電壓，達(dá)到音量調(diào)節(jié)。

本設(shè)計(jì)由以上電子元件組成，將這些電子元件固定安裝在根據(jù)主電路圖制成的電路印刷板上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)了便攜式檢測(cè)裝置和固定安裝兩種方案。

3.2 具體工作原理設(shè)計(jì)

由圖3中看出，該原理圖中DC12 V直流電源為電路供電。通過(guò)兩檔轉(zhuǎn)換開關(guān)SB，開關(guān)整個(gè)電路工作。為接近開關(guān)SQ1～SQn供電，也為三極管9013提供靜態(tài)偏置。線路保險(xiǎn)RD對(duì)電瓶進(jìn)行保護(hù)(短路保護(hù))，KD用來(lái)調(diào)整報(bào)警音大小。R1，R2為負(fù)載，為三極管9013與發(fā)光二極管提供靜態(tài)偏置。

裝上底腹頂板鋼筋保護(hù)層及預(yù)應(yīng)力定位鋼筋網(wǎng)后，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)SB，此時(shí)，整個(gè)電路全部投入工作。SQ1～SQn如果檢測(cè)到工作。則Kn輸出低電平，即負(fù)電源信號(hào)，控制三極管T不導(dǎo)通(截止)。綠燈HL亮，聲光報(bào)警器不工作。

如某一接近開關(guān)如SQ2不工作或檢測(cè)不到定位鋼筋，其輸出R2為高電平，后級(jí)接近開關(guān)不工作。T導(dǎo)通，綠燈熄，D2熄，則D2位置底腹頂板鋼筋或開關(guān)有問(wèn)題。

3.3 具體實(shí)施方式

1)箱梁胎具定位檢測(cè):采用固定安裝檢測(cè)式，將制作好的定位檢測(cè)裝置與現(xiàn)場(chǎng)電源控制柜連接上線路，加裝降壓整流電源，使其AC380 V轉(zhuǎn)換為DC12 V，并裝上保險(xiǎn)防止電路故障。后將檢測(cè)裝置置于工人比較容易操作的地方。在需要檢測(cè)鋼筋的檢測(cè)處將角鋼攻絲鉆孔，用以安裝接近開關(guān)。最后將各傳感器線路與檢測(cè)裝置盒相連，線路用穿線管或走橋架的方式保護(hù)線路。

2)其余各鋼筋保護(hù)層定位檢測(cè):可采用設(shè)計(jì)的便攜式檢測(cè)尺。應(yīng)用設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝情況設(shè)計(jì)尺長(zhǎng)和設(shè)置接近開關(guān)數(shù)量，以選擇合適檢測(cè)的精度。將檢測(cè)尺放在需檢測(cè)的鋼筋上，將兩端固定好，調(diào)好水平，就可以找出中間未達(dá)到鋼筋工藝質(zhì)量要求的鋼筋位置，顯示問(wèn)題點(diǎn)所在處并報(bào)警提示。再由工人修正鋼筋。

3)預(yù)應(yīng)力孔道定位網(wǎng)鋼筋檢測(cè)方法:可采用便攜式檢測(cè)尺，將預(yù)應(yīng)力孔道鋼筋定位網(wǎng)片所在的位置選擇好。因定位網(wǎng)片呈網(wǎng)格狀，所以只需檢測(cè)網(wǎng)格中各節(jié)點(diǎn)位置是否正確，即可判斷出定位網(wǎng)片的位置是否正確。所以將定位網(wǎng)片中的4排節(jié)點(diǎn)(自行選擇檢測(cè)點(diǎn))水平對(duì)應(yīng)在胎具支撐架上制作卡槽。要檢測(cè)定位網(wǎng)片時(shí)，將傳感器按定位網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)尺寸調(diào)節(jié)好，將檢測(cè)尺固定在卡槽上，打開開關(guān)即可顯示各節(jié)點(diǎn)位置是否正確。

固定安裝檢測(cè)裝置優(yōu)勢(shì):檢測(cè)點(diǎn)多，一次安裝到位，適合批量檢測(cè)。一人對(duì)多點(diǎn)。

便攜式檢測(cè)尺裝置優(yōu)勢(shì):方便快捷，隨檢隨測(cè)，能深入人體不能到達(dá)的地方檢測(cè)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合作工具使用。使用時(shí)自主選擇檢測(cè)點(diǎn)。

3.4 技術(shù)要求

1)一種后張法預(yù)應(yīng)力箱梁施工工藝中的鋼筋保護(hù)層及預(yù)應(yīng)力定位網(wǎng)的鋼筋定位自動(dòng)檢測(cè)方法，其特征為:

a.檢測(cè)金屬的特性:這里檢測(cè)鋼制材料。

b.檢測(cè)準(zhǔn)確:根據(jù)傳感器選用4 mm或5 mm達(dá)到檢測(cè)精度。靈敏度高，頻率響應(yīng)快，重復(fù)定位精度高，瞬變過(guò)程短，輸出功率大，急電特性好，易安裝拆卸。市面上此類接近開關(guān)很多，性能基本一樣，不同的是輸入和輸出方式略有區(qū)別。這里采用LJ12A3-4-Z/BX或者LJ12A3-5-Z/BX。

c.檢測(cè)顯示:采用發(fā)光二極管顯示，一目了然。

d.檢測(cè)提示:聲報(bào)警裝置。

e.安裝簡(jiǎn)易:固定安裝時(shí)需攻絲鉆孔，螺栓固定即可。線路穿線管或橋架保護(hù)。將控制部分裝于檢測(cè)裝置盒中，螺栓固定。檢測(cè)定位網(wǎng)片時(shí)使用檢測(cè)尺，需在胎具支撐架上安裝卡槽。

f.維護(hù)簡(jiǎn)單:更換方便，一般主要是電源或接近開關(guān)出故障，拆卸線路更換安裝即可。

g.成本低廉:固定安裝檢測(cè)裝置材料及安裝根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)多少大概在200元～1 000元內(nèi)。

可保證半年不出故障。便攜式檢測(cè)尺因外形外觀加工制作，大概在500元～1 000元內(nèi)。

2)實(shí)現(xiàn)如技術(shù)要求1)所述的鋼筋定位自動(dòng)檢測(cè)裝置，按其特征分為兩種:固定式和便攜式。固定式已詳細(xì)說(shuō)明就不提了，需提的是便攜式，外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)尺部分內(nèi)部稍有結(jié)構(gòu)，特殊制作。

3)如技術(shù)要求2)所述的便攜式檢測(cè)裝置，其特征為:轉(zhuǎn)換開關(guān)刻度，可調(diào)整檢測(cè)點(diǎn)位置接近開關(guān)，用來(lái)檢測(cè)鋼筋固定螺栓，固定接近開關(guān)滑槽，移動(dòng)接近開關(guān)到所要到的刻度電源，提供DC12 V，插裝式便于更換水準(zhǔn)尺，顯示水平。

4 結(jié)語(yǔ)

本技術(shù)基于目前京滬高鐵建設(shè)后張法預(yù)應(yīng)力箱梁施工工藝中，箱梁鋼筋綁扎鋼筋定位檢查及管控的自動(dòng)化程度不高等特點(diǎn)，發(fā)明一個(gè)能替代鋼筋定位綁扎中人工測(cè)量檢查鋼筋定位情況的自動(dòng)檢測(cè)裝置。解決目前沒(méi)有儀器對(duì)鋼筋進(jìn)行自動(dòng)定位檢測(cè)的問(wèn)題，并提高鋼筋定位檢查效率，提高檢測(cè)鋼筋定位精度。提高箱梁鋼筋綁扎質(zhì)量，提高預(yù)應(yīng)力張拉質(zhì)量，最終保證箱梁質(zhì)量。

總體來(lái)說(shuō)，此設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況及施工工藝設(shè)計(jì)發(fā)明。制作簡(jiǎn)單易行，定位檢測(cè)精度高，檢測(cè)點(diǎn)是否到位一目了然。整個(gè)發(fā)明所需材料包括電子元件、電源、線路線管的費(fèi)用成本，耗費(fèi)低，性能功能達(dá)到所需要求。而且為維護(hù)檢修減輕了工作量，能減少此類質(zhì)量問(wèn)題，有效的提升工作效率、產(chǎn)品質(zhì)量。本設(shè)計(jì)所述的鋼筋定位自動(dòng)檢測(cè)裝置及方法具有創(chuàng)新、自主設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單快捷、科學(xué)合理、提高效率，提高質(zhì)量的特點(diǎn)。

[1] 鐵建設(shè)[2005]160號(hào)，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] TB 10415-2003，鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].